Studien Ober Pflanzenkolloide XXX. Phosphorhaltige Abbauprodukte

der Kartoffelst rke. Von M. S a m e c .

Nach Versuchen von S. Seli~kar und V. Zitko

(Aus dem Chemischen Institut der K6nig-Alexander-Universitiit in Laibach, Jugoslawien.)

(Mit 2 Figuren.) (Eingegangen am 24. Juni 1931.)

Im Zusammenhange mit unserer Amylophosphorsliuretheorie war die Frage zu beantworten, ob es mSglich ist, durch Peptisation der St~rke oder durch deren Abbau zu niedrig molekularen phosphorhaltigen

Produkten zu gelangen. Die bisherigen Arbeiten verschiedener Forscher haben in dieser Richtung manche wichtige Beitr~ige gebracht, welche hier angeftihrt werden sollen.

Zun/~chst verdient die Beobac!ltm~g G. M a l f i t a n o s unsere Auf o merksamkeit, derzufolge durch Kollodium filtrierte St~irke mit Alkali- und Erdalkaliphosphaten fest verbunden ist. 1) Da die St~rke, welche Kollodiummembranen durchdringt, sehr weitgehend peptisiert ist (nach unseren neuesten Sch~ttzungen M = 6000), zeigt diese Beobach- tung, dab eine starke Teilchenzerkleinerung m6glieh ist, ohne dab die Phosphorbindung aufgehoben werden wtirde.

Im Einklange damit kann man bei der diastatischen Hydrolyse der Stiirke eine deutliche Anreieherung yon Phosphor beobachten. Wir fanden (bei Einwirkung yon K a h l b a u m s Maltin) ~) im

Amylodextr instadium . . . . 0,115 Proz. P = 0,264 Proz. P205 Erythrodextr instadium 0,147 ,, P = 0,338 ,, P205

und im Aehrodextrinstadium . . . . 0,223 ,, P = 0,511 ,, P205

1) G. Malf i tano, Compt. rend. 143, 400 (1906). z) M. Samee, Kolloidchem. Beih. 6, 49 (1914).

4 5 0 I~OLLOIDCHF_~ISCFIE BEIHEFTE BAND XXXIil, HEFT 9--13

Zu P-reicheren Produkten kamen J. N o r t h o p und J .M. Nelson1), welche St~rke mit heiBer Salzs~iure in der Hitze hydrolysierten. Nach einer groben Fraktionierung erhielten sie ein in Essigs~iure 16sliches Produkt mit 3,4 Proz. Phosphor ( = 7,7 Proz. P~Os) und einen in Essigs~ure unl6slichen Anteil mit 4,9 Proz. organisch gebundenem Phos- phor ( = 11,2 Proz. P,Os) ; aus dem Essigs~ureniederschlag dargestellte Bleisalze zeigten einen Gehalt yon 3,78---3,99 Proz. P ( = 8,65--9,14 Proz. P20~) 'und die aus den Pb-Salzen abgeschiedene reine Amylophosphor- s~ture 5,24 und 5,56 Proz. P ( ~ 11,98 und 12,73 Proz. P~Oa). Bei der Hydrolyse derselben mit 10 Proz. Salzs~iure kamen sie zu einer Substanz mit der Formel C1~H31Ole (H2PO3).

Zu einem ziemlich P-reiehen Desaggregationsprodukte ffihrt ferner die Peptisation der StArke durct~ ultraviolette Strahlen. M. S a m e c und Z. An t on o vi ~ erhielten auf diesem Wege eine Amylophosphors~iure mit 1,42 Proz. P entsprechend 3,26 Proz. P205. 2)

Jtingst laugten H. F r i e s e und F. A. S m i t h KartofielstXrke mit Wasser yon 550 C aus und erhielten Rtiekst~nde mit 0,209 Proz. P~Os. ~)

Auch synthetische Amylophosphors/iuren liefern P-reiche Spaltungs- stficke.

J. K e r b hydrolysierte phosphorylierte 15sliche St~rke mit Taka- diastase und erhielt ein Hexosemonophosphat4), dessen Kalziumsalz 9,24 Proz. P ( = 23,37 Proz. PeOn) enthielt. H. P r i n g s h e i mund K.Gol d- s t ei n kamen dureh Phosphorylierung der S c h a r d i n ge r sehen Dextrine (Polyamylosen) zu gallertigen Estern mit je einer Phosphors~turegruppe auf 6 C-Atome. 5)

Wit lieBen auf phosphorylierte (Kartoffel-) St~rke Spcichel einwirken. Im Abbauprodukt mit violetter Jodfarbe fanden wit 1,32 Proz. P = 3,02 Proz. P,Os, im Abbauprodukt mit roter Jodfarbe 1,55 Proz. P = 3,54 Proz. P205 und im Abbauprodukt nach Versehwinden der Jod- farbe 1,81 Proz. P = 4,15 Proz. P2Os. e)

Interessanterweise treten KohlehydratphosphorsS:uren aueh im intermedi~ren Kohlehydratstoffwechsel auf. H . K . B a r r e n s c h e e n und W. A l b e r s 7) fanden in Weizen- und Roggenkeimlingen eine Hexose- phosphors~iure sowie eine Okta-amylose-Phosphors~iure.

1) j. Nor throp a. J M Nelson, Journ. Amer. Chem. Soc. 38, 479. (1916). ~) M. Samec u. Z. Antonovid, Kolloidchem. Beih. 23, 377 (1926). 3) H. Friese u. F. A. Smith, B. 61, 1975 (1928). 4) j. Kerb, Biochem. Zeitsehr. 100, 3 (1919). s) H. Pr ingsheim u. K. Goldstein, Berl. Ber. 56, 1420 (1923). e) M. Samec, Biochem. Zeitschr. 187, 120 (1927). ~) H.K. Barrenschee n u. W. Albers, Biochem. Zeitschr. 197, 261 (1928).

SAMEC, STUDIEN 0BER PFLANZENI~OLLOIDE XXX 451

Alle diese Beobach tungen stfi tzen unsere Theorie der es terar t igen

Bindung der Phosphors~iure, sie legen abe t auch die Aufgabe nahe, die

niedr igen P -Der iva t e der StArke n~her zu s tudieren.

I . P h o s p h o r s i t u r o b o i d o r U l t r a f i l t r a t i o n u n d E l e k t r o o s m o s e .

Wir suchten vor al lem aus u l t r a f i l t r i e r t e r St~rkcl6sung phosphor-

rciche P r o d u k t e zu fassen. Die St~rke wird bekannt l i ch durch Waschen

mit sehr ve rd t inn te r Salzs~ure und nachfolgendes Trocknen soweit ver-

~ndert , dab ein grot3er Ante i l der gel6sten Subs tanz dutch Kol lod ium

di f fundier t ; eine t iefergreifende Ver~nderung des Po lysacchar ids aber

scheint dabei n icht zu erfolgen.

Unser Arbeitsgang war folgender: Eine nach J. W o l f f und A. F e r n b a c h vorbehandelte St~irke wurde dutch 1/2stiindiges Erhitzen auf 1200 gel6st (2 Proz. Trockengehalt) und durch Kollodiums~cke (aus 6prozentiger L6sung, Alkohol : Ather-----1:2) filtriert. Das 1,50--1,85prozentige Ultrafiitrat enthiilt sowohl organisch gebundene als auch treie Phosphors~iure. Letztere fiiUten wir mit Magnesiamischung; aus der filtrierten L6sung schlugen wir die organische Substanz mit Alkohol nieder und reinigten sie - - in Alkohol s u s p e n d i e r t - elektrodialytisch so lange, bis die CI-Reaktion (yon der mitgegangenen Magnesia- mischung) verschwunden war.

Nun bereiteten wir eine 5prozentige w~isserige LSsung und setzten Blei- azetat und das gleiche Volumen Alkohol zu; es fiel ein Pb-haltiger Nieder- schlag, welcher in ammoniakalischem Wasser gelSst und mit HzS zerlegt wurde. Aus der vom ausgeschicdenen PbS ahfiltrierten L~isung schlugen wir mit Alkohol die freie S~iure niedcr. 6 g davon wurden dann in 200 cm 3 Wasser gel6st und elektrodialysiert. Hierbei wanderte die Amylophosphors[iure durch die Pergamentmembran und reichcrtc sich in dcr Anodenzelle an. Aus der Anodenfliissigkeit fiel mit Bleiazetat und Alkohol (100 cm ~ lprozentigcr LSsung + 20 cm 3 2/1 n Bleiazetat + 200 cm 3 Alkohol, 96prozentig) ein Bleisalz, dcssen Zusammensetzung sich bei wiedcrholtcm Umf~illen nicht mehr ~inderte. Es enthielt 16,40 Proz. Pb und 2,45 Proz. P2Os. Die Bewegung des Phosphors bei der geschilderten Manipulation war folgende:

Amylophosphor s~ure aus dem Ul t r a f i l t r a t nach dem P~O 5

Ent fe rnen der freien Phosphors~.ure . . . . . . 0 ,12--0 ,14 Proz.

Das Bleisalz h ieraus . . . . . . . . . . . . . . 0,20 ,,

Die aus dem Salze abgeschiedene SAute . . . . . 0,30 ,,

Die e lek t roosmot isch angere icher te SXure . . . . 1,25 ,,

Ihr gereinigtes Bleisalz . . . . . . . . . . . . . 2,45 ,,

Wir gelangen auf d iesem Wege fakt isch zu e inem phosphorre ichen,

n iedr igmolekt l la ren Produk t , doch ist die Bere i tung langwierig und die

A u s b e u t e gering. Aus 300 g Sti trke erhiel ten wir nu t 0,7 g reines, die

Zusammense t zung nicht mehr Anderndes Bleisalz. Dieses mut3 der in

de r na t iven StArke anwesenden AmylophosphorsAure k o n s t i t u t i v sehr

nahes tehen, da es durch ~iui3erst zar te Eingriffe gewonnen und fiereinigt

wurde . Seine n~here Un te r suchung beha l ten wir uns vor.

~ 2 KOLLOIDCHF-,MISCHE BEIHEF'rE BAND XXXI!I, HEFT 9~12

I I ~ * D i e B e w e g u n g der P h o s p h o r s I i u r e be i der E i n w i r k u n g k o n z e n t r i e r t e r k a l t e r S a l z s ~ l u r e ,

H. P r i n g s h e i m erhielt durch Einwirkung kal ter konzent r ie r te r Salzs~ure auf Amylosen und auf das Amylopek t in niedrige Spal tungs- pr6dtikte derseiben.~) : W i r verfolgten die Frage nach dem Senicksal der Amylophosphors~ure bei diesem Abbau.

50 g Kartoffelst~irke vermischten wir innig mit 50 cm 3 konzentriertem HCI, lieflen die Mischung 24 Stunden bei Zimmertemperatur stehen und brachten sie~dann in einen Vakuumexsikkator tiber festes NaOH. Naeh 3 bis 4 Tagen resultierte eine braune feste Masse, welche wit zerkleinert durch Waschen mit Alkohol yore gr6gten Teile des HC1 befreiten. In Wasser gelSst und mit ver- sehiedenen Alkoholmengen geffillt (50, 67 und 85 Proz. Alkohol-Endgehalt) lieferte das Produkt dreiFraktionen mit 0,00, 0,35 und 0,85 Proz. P2Ov

Eine zufriedenstellendere Trennung der P-haltigen und P-freien Anteile erlaubte die F/illung mit Bariumhydroxyd und Alkohol. Zu diesem Zwecke wurde da s Reaktionsprodukt i n Alkohol suspendiert, durch Quirlen in Schwebe gehalten und gegen Alkohol bis zur CI-Freiheit elektrodialysiert. Nun wurden 50 g de r Substanz in l00 cm a Wasser gelSst und dutch Zusatz v0n 100 cm~ Alkohol yon d e n humSsen Stoffen hefreit. Dem Filtrate wurden 75 cm 3 ge: s~ittigte Barytl:6sung zugesetzt. Es Schied sich ein Ba-Salz mit 26,45 Proz. Ba UndI,52'Proz. P205 aus7 D i e entsprechende freie S~iure enthielt 2,07 Proz. P~Os: : At!ch die Elektr0osmose erm6glichte eine Anreicherung d e r P-

hal t igen Subs~anz. W i r elektrodialysier ten eine 10prozcntige w$sserige L6sung des HC!:freien Rohpr0duk tes und dampf ten die Anodenfl~issig: keite n a b . DaS erhal tene P roduk t enthielt 2,15 Proz. PeOa, seine A u s - beu:te b e t r u g rund 0,5 Proz. der Ausgangsstgrke.

IH. K o h l e h y d r a t P h o s p h o r s l i u r e n a e h J. N o r t h r o p �9 : u n d J. M. N e l s o n .

Alie die bisher angeftiiarten Spaltungsst t icke erreiehen in ih rem Phosphorgehal te die Amylophosphors~ure yon J. N o r t h r o p und

J. M. N e l s o n nicht. Wir zerlegten daher Kar toffe ls t~rke genau nach der Methode dieser Forseher und kamen zu Resul taten, welche sich mi t den Beobachtungen N o r t h r o p s- N e 1 s o n s 2) sehr gut decken (vergleiche

Tabelle l). T a b e l l e I

P~05 ] P Proz. _1 Proz.

A u s g a n g s m a t e r i a l . .

N o r t h r o p - N e l s o n . .

Wit: . , . . . . . . .

P~O 5 P Proz. Proz.

0,14 0,06 Essigs~iureniederschlag

11,21 4,9 11,91 ~ 5,2

l) H. P r i r i g she im , B. 57, 1583 (1924). 2) Loc. cit.

EssigsS.urel6sung

7,78 I 3,4 8,76 I 3,83

SAMEC, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXX 45~

Der En t s t ehung nach stellen diese beiden P r o d u k t e unreine freie

Amylophosphors~iuren dar. Sie werden zwecks Rein igung in das Blei-

salz t ibergeft ihrt (J. N o r t h r o p und J. M. N e l s o n gaben daftir ftinf

Var ia t ionen an), dieses mit H2S zerlegt u n d die S~ture mit Alkoh01 ge-

f~llt. Phosphorgeha l t be t rug

bei J . N o r t h r o p und J . M . N e l s o n P z O s = 1 2 , 1 3 P = 5 , 3 Proz.,

bei uns . . . . . . . . . . P 2 Q = 15,63 P = 6,83 Proz.

Die Ausbeu ten sind gering. J. N o r t h r o p und J. M. N e l s o n er-

hie l ten aus 60 kg St~irke 110 g Essigs~iureniederschlag ( = 0,18 Proz.),

wir bekamen e inmal aus 2 kg St~irke 1,1 g ( = 0,055 Proz.), ein anderes

Mal aus 2,5 kg St~irke 2,7 g ( = 0,108 Proz.) Essigs~ureniederschlagl Bei

der Rein igung gehen noch betrS~chtliche Mengen des Mater ia ls ver loren .

Aus 3 g Essigs~tuteniederschlag e rh ie l ten wir 0,17 g freie A m y l o p h o s p h o r -

ss.ure.1)

Wir versueh ten aueh auf anderen Wegen aus dem mit KCI e rha l t enen

R 0 h p r o d u k t e dais P-ha l t ige Mater ia l anzu re i ehe rn . :

1. Das Reaktionsprodukt wurde im Vakuum bet 300 eingeengt, .his sich die Masse hel!braun f~irbte, dann im Vakuumexsikkator fiber NaOH voll~ kommen zur Tr0ckne gebracht. Hierauf wurde sie re in zerkleinert und in alkoholiseher Suspension gegen Alkohol chlorfrei elektrodialysiert. Hierauf wurden 25 g in 100 cm 3 Wasse r gel6st, 100 cm 3 Alkohol zugesetzt, vom ent- standenen hum6sen Niederschlag abfiltriert und 50 cm 3 ges~ittigte Barytl6sung: zugesetzt. Naeh einer Woche erhielten wir einen Niederschlag yon 0,135 g: mi t 25,95 Proz. Ba: und 1,62 Proz. P~O 5.

2. Das nach der SS.ureeinwitkung erhaltene Reaktionsprodukt wurde in PergamentsS.cken gegen destilliertes Wasser dialysiert. Es dialysierten yon 200 g StS.rke neben freien Phosphaten 45 g phosphorarme organische Anteile (P~O 5 ----- 0,054 Proz.) ins Augenwasser. Der Dialysierrfickstand wurde bis zur konstanten LeitfS, higkeit elektrodialysiert. Der Inhalt der Mittelzelle schied sich in eine Solphase (P~Os=0,08Proz.) und eine Gelphase (P~O5=0,24 Proz.}, au~erdem wanderten von 20 g Dialysensubstanz 0,75 g mit 1;43 Proz. P,Os, in die Anodenzelle. Die Anodenflfissigkeit. fraktionierten wit mit AlkohoL Nach Zusatz des gleichen Alkoholvolums schied sich eine P-freie hum6se Substanz aus, a u s dem Filtrate bei Erh6hung der AlkoholkonZentration auf 80 Proz. eine schwach gelbe Substanz mi t 2,35 und nach Entfernen dieser bei Steigerung der Alkoholkonzentration auf 90 :Proz. eine weil3e Substanz mit 3,14 Proz. P205.

Ein besseres Resultat lieferte die F/illung-des Anodendialysats mit Barium- hydroxyd und Alkohol. Wit entfernten zuerst durch Zugabe von der gleichen: Alkoholmenge die humSsen Produkte und neutralisierten dann genau mit Barytwasser. Es fiel ein gelbweiBer Niederschlag, welchen wir mit verdiinnter Schwefelsiiure zerlegten; zu der :von BaSO 4 befreiten L6sung gaben wit die 10fache Menge Alkohol. Wit erhielten einen in Wasser 16slichen Niederschlag mit brauner Jodfarbe und einem P2Os-Gehalte ,con 8.85 Proz.

x) Nach der vierten Methode von N o r t h r o p und N e l s o n also mit PbCO3 -k Pb(NO3) 2.

,~5 4 KOLLOIDCHEMISCHF-. BEIHEFTE BAND XXXIII, HEFT 9~12

Die hSchsten Phosphorwer te lieferte demnach die Essigsiiuref$illung

nach J. N o r t h r o p und J . M . N e l s o n .

IV. Organophosphors[iure aus phosphoryl ierter St~irke. Die Ausbeuten an Amylophosphors~uren sind bei allen bisher be-

schr iebenen Methoden sehr gering. Es ist ja der P -Geha l t der St~irke

an und ftir sich niedrig, und da t iberdies ein Teil des Esters bei der

Hydro ly se zerstOrt wird, ist der geringe Anfal l wei ter n icht verwunder l ich .

Man kann aber dureh Phosphory l i e rung eine Sti irke mit fiber

4 Proz. P,O5 erhal ten. 1) Zwei solche syn the t i sche P r o d u k t e zerse tz ten

wit mit Salzs~ture, und zwar eines mit konzentr ier ter , eines mit ver-

d t innter HC1.

Das erste Ausgangsprodukt enthielt 2,33 Proz. P~O 5. Wir leiteten in 1 Liter der 1,65 Proz. Trockensubstanz enthaltenden Gallerte gasf6rmiges HCI his zur S/ittigung ein, erhitzten 6 Stunden auf dem Wasserbade, neutralisierten nach dem Erkalten 1-nit Ba(OH),, filtrierten den Niederschlag ab und fiillten dann das Bariumsalz mit 300 ems 96prozentigem Alkohol. Dieses wurde mit Schwefelsiiure zerlegt, die filtrierte L6sung mit NaOH neutralisiert und dann so lange Bleiazetat zugesetzt, als sich noch ein Niederschlag abschied. Der weifle voluminSse Niederschlag wurde abzentrifugiert, mit Alkohol gewaschen und getrocknet. Er enthielt 38,73 Proz. Blei und 11,53 Proz. P,On. Aus 16 g phosphorylierter Stiirke erhielten wir 8 g dieses rohen Salzes.

6 g davon wurden in schwach essigsaurem Wasser tein verteilt, H,S ein- geleitet und langsam Ammoniak zugesetzt. Das abgeschiedene Bleisulfid zentrifugierten wit ab, entfernten durch Durchblasen yon Luft den Schwefel- wasserstoff und alas Ammoniak und fiillten mit dem 5fachen Alkoholvolumen. Nach 3 Tagen wurde der weifle Niederschlag gesammelt, mit Alkohol ge- waschen und getrocknet. Wir erhielten etwa 1 g Substanz. Sie ist in Wasser glatt 16slich, fiirbt sich mit KJs braun und enthiilt 6,62 Proz. Phosphor (= 15,15 Proz. P,Os).

Bei tier zweiten synthetischen Amylophosphor~ure (P205~--4,4 Proz.) arbeiteten wit mit verdiinnter Salzsiiure. Da wir die Amylophosphorsiiure nag verwendeten, muflte die Menge der zugesetzten S~iure etwas h6her gewiihlt werden als bei N o r t h r o p - N e l s o n . *) Sonst blieben dte Bedingungen gleich. Nach 1 bis 11], Stunden wurde die Masse diinnfliissig und nach 13 Stunden gab alas Reaktionsprodukt in Alkohol keinen Niedersehlag mehr. Die Mischung wurde nun mit Ba(OH), neutralisiert, filtriert (was sehr leicht gelang) und aus dem Filtrat durch Zusatz dos doppelten Volums Alkohol (85prozentig) die organische Substanz gef~illt; die weifle flockige Masse wurde fiber Nacht ab- sitzen gelassen, abgenutscht, im Exsikkator getrocknet, in etwa 200 cm ~ Wasser suspendiert, die milchige Suspension mit kleinem 0berschul~ von Schwefelsiiure zersetzt. Das Bariumsulfat setzte sich gut ah. Die klare, filtrierte LSsung wurde mit etwa 10 g rein gepulvertem PbCO~ durchgemischt und abermals filtriert. Die klare L6sung enth~ilt Pb-Ionen, ist aber frei yon SO4; durch

1) Vgl. J. K e r b , Biochem. Zeitsehr. 100, 3 (191~); M. S a m e c u. A. M a y e r , Kolloidchem. Beih. 16, 89 (1922}.

~) Diese Autoren nahmen 1/20 Volum des Wassers konzentrierte Salz- sS.ure, wir mul]ten auf 100 Volumteile Wasser 10 Teile S~ure nehmen.

SAMEC, STUDIEN 0BER PFLANZENKOLLOIDE XXX 455

Einleiten yon H2S f/illt das Bleisulfid quantitativ aus. Nach dem Entfernen desselben wurde die L6sung im Vakuum bei 40 o C auf wenige cm 3 eingedampft und mit 250 cm 3 Eisessig versetzt. Der gebildete N i e d e r s c h l a g lieB sich gut filtrieren, er wurde mit absolutem Alkohol gewaschen und im Vakuum fiber Schwefels/iure getrocknet. Er enthielt 13,59 Proz. P,O 5 = 5,93 Proz. P.

Die essigsaure L 6 s u n g wurde im Vakuum bei 40 o auf wenige cm a ein- geengt und mit Alkohol die gel6ste Substanz geffillt. Sie enthielt 10,01 Proz. P205 = 4,37 Proz. P.

Diese Beobachtungen liel]en sich bei wiederholten Versuchen gut re- produzieren, nur die P.Werte der rohen Niederschl/ige schwankten etwas.

Zur Reinigung der Essigs~iure-Niederschl/ige benutzten wir die vierte Methode yon N o r t h r o p und Ne l son . 10 g des Essigs/iureniederschlags wurden in 200 cm 3 Wasser gel6st, mit Bleikarbonat neutralisiert, 9 g Bleinitrat zugesetzt, im Eisschrank stehen gelassen und filtriert. Das Filtrat wurde mit 400 cm 3 Alkohol gef/illt. Es fiel ein dicker weiBer Niederschlag. Er wurde abgenutscht, im Exsikkator getrocknet, in Wasser gel6st, das Blei mit H2S entfernt, aus dem stark eingeengten Filtrate mit Eisessig die gel6ste Substanz gefiillt, filtriert, fiinfmal mit Alkohol, dann mit )~ther gewaschen und im Vakuum- exsikkator getrocknet.

Die Masse (auch die a lkoholfeuchte) gl i tzer te an der Oberflgche,

als ob sie yon Kr is tg l lchen bedeck t gewesen wgre, die Teilchen hel l ten

das Gesichtsfeld zwischen gekreuzten Nikols auf.

Die Ana lyse ergab P205 ~ 14,67, P ---- 6,35 Proz. Nun wurde die

Subs t anz ganz wie beschrieben, noch e inmal gereinigt und zeigte dann

P~O 5 ~-13,75, P-----6,00 P r o z . Eine Obers ich t fiber die Ana lysen-

resu l ta te gibt Tabel le II .

T a b e l l e II .

Ausgangsmate r i a l . . . . . . .

e inmal gereinigt . . . . . zweimal gereinigt . . . .

P~O 5 P

4,80 2,09 Essigs~iureniederschlag

13,59 5,39 ] 4,61 6,38 13,75 6,00

P20~ P

- - m

in Essigsiiure 16slich

10,01 4,37

V. P h y s i k o - c h e m i s c h e Eigenschaf ten der Kohlehydratphosphorsaure .

Bei der grot3en Bedeutung, welche wir dem Phosphors~urepaa r l ing

ffir die kol loiden Eigenschaf ten der St/ irke zuschreiben, war in ers ter

Linie das e lekt rochemische Verha l ten unseres P roduk te s in teressant .

Wir be s t immten zun~chst in w/isseriger L6sung kryoskopisch die

Molekulargr6Be.

1,0808 g Subs tanz gab z. B. in 19,984 g Wasser gelSst eine Gefrier-

punk t se rn ied r igung von 0,248 ~ Die L6sung der un te r such ten Amylo-

phosphors/~ure enth~It laut Tabel le I I I bei e inem Trockengeha l te yon

456 KOLLOIDCHEMISCHE BEII-IEFTE BAND XXXIII, HEFT 9--12

e t w a 0,5 Pr0z. 1,10 -2 Grammatome Phosphor pro Liter u n d eine H-Ionenkonzentration von 1,10-Sn, so daft also durch die aktiven H,ionen die Teilehenzahl um etwa 10 Proz. vermehrt werden wtirde. Der beobachteten Gefr!erpunktserniedrigung entspricht das Molekular: gewicht 405, bei Berticksiehtigung einer I0prozentigen Korrektur 1) k~men wir zu dem Werte M-= 445.

Diese Zahl liegt nahe der MolekulargrSfle einer Disaccharidphosphor- s~iure.

D e r Formel CleH23014P entspricht ja die MolekulargrSfle 422 und ein P-Gehalt yon 7,35 Pr0z., der Formel ClsH~zO19P M =58zl und P = 5,3i Proz. Berechnen Wit das Mischungsverh~ltnis auf Basis des Phosphorgehaltes P = 6,38 Proz., so kommen wir zu etwa 52 Proz. Disaccharid und 48 Proz. Trisaceharid, aus der MolektilgrSfie aber er- rechnet sieh etwa 85 Proz. Disaccharid. Trotz der numerischen Versehie- denheit engen uns beide Bestimmungen die mOglichen Werte doch ein-

0~oPrCv re

0k z72 ~ a*s �9 Aequl~,~len~ IVoOHprO6rOmmelSm P

Fig. 1.

deutig zwischen die Werte eines Di- und eines Trisaccharids ein.

Diese L6sung reagiert deut- lich sauer. Bei einem Trocken- gehalte yon 0,5 Proz. enth~lt sie 1 �9 10 "3 n Wasserstoffionen. Wir ftihrten mit einer solehen L6sung sowohl potentiometri- sche als aueh konduktometrische Titrationen dureh.

Wir arbeiteten mit 1/1 onor- maler karbonatfreier Lauge durchwegs in einer Wasserstoff- atmosphSxe. ~) Die erhattenen Resultate gemeinsam mit einer parallel durehgeftihrten Ti t ra- tion yon o-Phosphors~iure geben Tabelle III und Fig. 1 wieder.

t) welche aUerdings fiir eine 10mal verdtinntere L6sung experimentelI bestimmt wurde und in unserer etwa 5prozentigen LSsung kleiner sein diirfte.

2) Das Mischen der L6sung und tier Lauge erfolgte in einem Gefii[~ mit dreifach durchbohrten Stopfen. Durch eine Bohrung mtindete die Laugen- biirette, durch die zweite das Wasserstoff-Zufuhrrohr und die dritte wurde ab. wechselnd mit dem Vorratsgef/i$, welches die zu titrierende LSsung enthielt, und mit der Wasserstoffelektrode verbunden, so dab die L6sung in diese mit Wasserstoff hiniibergedriickt wurde.

SAMEC, STUDIEN 0BER PFLANZE, NKOLLOIDE XXX 457

T a b e l l e III. P h o s p h o r s l i u r e .

11 cm 3 mit 0,0221 g PhosphorsS.ure. Konzentration = 0,201 Proz.;

1 Liter = 0,6373 g P ---- 0,0205 Grammatome P.

.ii_quivalenteCm3 lul n NaOHNaoH.. ~0,78990,63 1 ,26 1,90 i 2,110,9912'231,0222'30 f2,52~,~2a 3,441,528

pro Grammatom P 0,280 0,560 ] 0,844 0,937

cm 3 I n NaOH . . 3,71 4,00 4,34 4,43 ~ 4,50 4,60 5,00 ~ 5,32

~_quivalente NaOH 1,649 pro Grammatom P 1,777 1,929 1,969 2,000 %044 2,222 2,364

Pt-1 . . . . . . . . . . 7,2341 I 7,8899 8,4992 9,2203 9,7882 10,1652 11,5921 11,7607

K o h l e h y d r a t p h o s p h o r s ~ t u r e .

12 cm a Kohlehydratphosphors~urelSsung mit 0,0603 g Trockensubstanz. Konzentration = 0,5025 Proz.;

1 Liter ~ 0,3015 g P = 0,01 Grammatome P.

cm a ~,in NaOH . . 0 0,39 0,50 !0,82 0 ,94 1,04

.~quivalente NaOH H [ 10,431 0,706 pro GrammatomP 0 0,336 0,810 0,896

PtI . . . . . . . . . . 3,0533 3,8331 4,22721 5,14121 5,4217 5,525

Nquivalente NaOH 2,414 2,465 pro Grammatom P 2,060 2,336 2,552 I 2,603 2,879

p~ . . . . . . . . . . 8,17558,99669,1910[ 9,292619,40111:9,8692 ',10,0741

Wir finden bei der Phosphors~ture die bekannten Richtungsiinde- rungen der PH-Kurve bei den Konzentrationen 0,969 .~qu. Lauge und 1,94 Aquivalent Lauge pro Grammatom Phosphor. Die erste Rich- tungsitnderung erfolgt bei etwa PH = 4 und die zweite bei etwa 9.

Auch die KohlehYdratphosphors~iure gibt zwei Diskontinuit~iten der p~.Kurve und zwar ungef~ihr bei demselben PH, wie die Phosphors~iure; ein unterschied besteht nur darin, daft der Aufstieg der Kurve nicht so steil ist wie bei der freien Phosphorsiiure, auch benStigt die Organo- phosphors~iure zur Erreichung des gleichen PH eine geringere Laugen- menge als die ~ freie S~iure. Auffallend ist die Beobachtung, dab die zweite Diskontinuit~it der pH-Kurve bei unserer Organophosphors~iure

1,19 F2,08 1,26

1,026 1,086 1,793 5,6781 5,7521 6,9466

4,00

3,448 10,8245

458 KOLLOIDCHEMISCHE B E I H E F T E B A N D X X X I I ! , - H E F T 9--12

nicht das Doppelte jener Laugenmenge braucht, welche zur ersten Rich- tungs~nderung ftihrt (wie bei der Phosphorsliure), sondern viel mehr. Es erfolgt also bei der Kohlehydratphosphors~iure beim 13bergang ins

/

, , r i i

0 o86 z72 2.59 ,~L6

Fig. 2.

Alkalische eine allm~ihliche Laugen- bitdung, welche jedoch nicht direkt zu einer Neutralisation der zweiten S~ture- valenz ftihrt. Am leichtesten ist es an- zunehmen, daft diese Laugenanlagerung an die OH-Gruppe des Polysaccharides erfolgt, wie wir dies seinerzeit ftir das phosphorsSmrefreie Polysaccharid nach- weisen konnten. Durch dieses Abbinden der Lauge wird also erst nach Verbrauch yon mehr Lauge jenes PvI erreicht, bei welchem auch der zweite Wasserstoff gegen Metall ausgetauscht ist. DaB hier keine einseitigen, methodischen Fehler

vorliegen, zeigt die konduktometrische Titration, deren Resultate sich mit denen der potentiometrischen Titration quantitativ decken (Ta- belle IV und Fig. 2).

T a b e l l e IV. K o h l e h y d r a t p h o s p h o r s i i u r e .

12 cm 3 Kohlehydratphosphors~iurel6sung mit 0,0603 g Trockensubstanz. Konzentration = 0,5025 Proz.;

1 Liter enth~ilt 0,3015 g P = 0,01 Grammatome P.

cm a 15 n N a O H . . 0 0,39 0,82 0 ,94 1 ,04 1 ,19 1,26 2,08

,~quivalente NaO H pro GrammatomP 0 0,336 0,706 0,810 1 0,896 1,026 1,086 1,793

K, 10 ~ rec. $2 . . . . 5 ,44 3,54 4,78 5,03 I 5,64 6 ,41 6 ,79 10,76

cm a I n NaOH . . /I 2,39 2 ,71 2 ,80 2 ,86 2 ,9 6 3 ,02 3,34 4,00

,~qulvalente NaOH pro GrammatomP// 2,060 2,336 2,414 2,465 2,552 2,603 2,879 3,448

K'lO4rec.$2 . . . . //11,28 12,47 12,85 13,82 12,94 13,65 14,57 18,39

Es ist for unsere Theorie der Amylophosphorstiure sehr wichtig, dab sich das Amylopektin bei der potentiometrischen Titration v611ig analog verh~ilt, wie das hier untersuchte niedrig molekulare Abbau- produkt. Tabelle V gibt die Daten einer der vielen solchen Messungen.

SAMEC, STUDIEN I~BER PFLANZENKOLLOIDE XXX 459

T a b e l l e V. K a r t o f f e l - A m y l o p e k t i n a u s x/2 S t u n d e a u f 19'00

e r h i t z t e r K o n z e n t r a t i o n 1,0 P r o z . 1 Liter L6sung enthalt 0,00764 g P = 0,0009.47 Grammatome Phosphor.

Endkonzentration der zugesetzten Na2CO 3 0 9. 3 4 5 6 7.10"*

PH . . . . . . . . . . 3 , 8 2 4,33 6,56 7,18 7,29 8,40 8,75 Die Titration erfolgte hier mit Soda, and so finden wir die zweite

Richtungs~nderung der pvi-Kurve bei genau der doppelten Sodamenge als die erste.

Die beschriebenen Versuche haben uns zwar noch nicht zu einem ,,chemischen Individuum" aus der Gruppe der Kohlehydratphosphor- sauren geftihrt, sic lieferten aber auf soviel verschiedenen Wegen niedrig molekulare, phosphorhaltige Bruchstticke der St~rke, daft an der yon uns angenommenen Existenz einer Organophosphors~iure in der St~trke kaum mehr zu zweifeln ist. Bei so weitgehender Zertrtimmerung des St~rkemolats mfiBte ja eine adsorptiv oder intramicellar angegliederte, anorganische Phosphors~ure wohl sicherIich ,,frei" werden.

Die kleinen Ausbeuten kbnnen als kein Gegenbeweis angeftihrt werden. Die native Kartoffelst~irke enth~lt etwa 0,15 Proz. P~O 5. Unsere phosphor- reichsten Spaltungsstticke abet erreichen fast 15 Proz. P205, so dab bei vollst~tndiger Erhaltung der P-Bindung und bei quantitativem Erfassen der Organophosphorsliure hbchstens 1 Proz. Ausbeute zu erwarten w~re.

Auch die Analogien in den Titrationskurven der o-Phosphors~ure der niedrigen Amylophosphorsiiure und des Amylopektins sttitzen unsere Theorie aufs beste.

Zusammenfassung. Es wurden verschiedene Methoden zur Isolierung phosphorreicher

Abk6mmlinge der St/~rke tiberprtift. Am besten war die Ausbeute an solchen Produkten bei der Hydrolyse mit verdfinnter Salzsiiure nach J. N o r t h r o p und J. M. N e l s o n unter Verwendung phosphorylierter St~rke.

Eine Polysaccharid-Phosphorsgure wurde nAher untersucht. Ihre Molekulargr6t]e und ihr Phosphorgehalt liegen zwischen den Werten einer Di- und einer Trisaccharid-Phosphors~ure. Sowohl die elektrometrische als auch die konduktometrische Titration ergeben Xhnlich wie bei Phosphors~ure zwei Diskontinuit/iten der Neutralisationskurve. Das gleiche Bild der PH-Kurve finder sich auch bei der Titration des Kar- toffelamylopektins.